Nhóm nghiên cứu của Li Mingtao từ Trường Kỹ thuật Hóa học thuộc Đại học Giao thông Tây An đã tạo ra bước đột phá trong ứng dụng pin lithium-lưu huỳnh bằng cách thiết kế và phát triển vật liệu catốt có lớp bảo vệ graphene hai chiều. Vật liệu làm catốt này có chu kỳ dài.

2d xen kẽ G-C3N4 / bánh sandwich graphene tạo thành một mạng lưới cá mập nhiều lớp giữa các điện cực âm và dương của pin. Nó không chỉ có thể ngăn chặn sự di chuyển của polysulfua giữa các điện cực âm và dương thông qua các ứng dụng vật lý và hóa học, mà còn tăng tốc độ khuếch tán của các ion lithium, do đó làm tăng đáng kể tuổi thọ của pin.

Ở nước tôi, việc phát triển pin lithium-sulfur tương đối muộn và vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển trong phòng thí nghiệm, ít ứng dụng thực tế. Hiệu ứng con thoi gây ra bởi sự hòa tan của sản phẩm trung gian lithium sulfide trong quá trình sạc và xả của pin lithium sulfur được coi là yếu tố chính hạn chế ứng dụng thực tế của nó.

Cựu phó chủ tịch của Qinghai, Tiến sĩ Li Kỹ thuật viên Công nghệ từng nói rằng tàu con thoi hòa tan polysulfide là vấn đề pin lithium-sulfur quan trọng và khó khăn nhất, và công việc cải tiến liên quan vẫn đang ở giai đoạn đầu, nhưng ông lạc quan rằng lithium-sulfur pin có thể được sử dụng như pin thứ cấp. Với mật độ năng lượng cao, nó có triển vọng phát triển rộng rãi.

So với NCM bậc ba chính thống hiện nay, năng lượng cụ thể trên lý thuyết của pin catốt lưu huỳnh cao tới 2600Wh / kg, gấp hơn mười lần so với pin lithium đang được sử dụng rộng rãi hiện nay. Ngoài ra, trữ lượng lưu huỳnh dồi dào và không đắt, có thể giúp giảm giá xe điện chạy bằng pin lithium.

Năm 2016, Ủy ban Cải cách và Phát triển Quốc gia đã đề xuất một bước đột phá trong công nghệ pin lithium-sulfur với mật độ năng lượng 300Wh / kg trong “Kế hoạch Hành động Đổi mới và Cách mạng Công nghệ Năng lượng (2016-2030)”.

Ngược lại, theo các Biện pháp hành động thúc đẩy phát triển ngành công nghiệp điện ô tô và Kế hoạch phát triển trung và dài hạn cho ngành công nghiệp ô tô được công bố vào năm 2017, tỷ lệ một máy có thể đạt hơn 300Wh / kg vào năm 2020, và tỷ lệ một máy có thể đạt 500Wh vào năm 2025. / kg trở lên. Mật độ năng lượng lý thuyết của pin lithium-lưu huỳnh lớn hơn 500Wh / kg, vì vậy nó được coi là hướng phát triển của thế hệ hệ thống pin lithium công suất tiếp theo sau pin lithium.

Để giải quyết các vấn đề thực tế trong việc ứng dụng pin lithium-lưu huỳnh, bao gồm nhóm Qian Hanlin của Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc, nhóm Wang Haihui của Đại học Công nghệ Nam Trung Quốc, Tài liệu lưu trữ năng lượng và năng lượng Qingdao. Nhóm Nghiên cứu Công nghệ của Học viện Khoa học Trung Quốc, nhóm Hóa chất Nan Fengzheng của Đại học Hạ Môn của chúng tôi và nhóm nghiên cứu của Đại học Giao thông Thượng Hải Wang đã đạt được những tiến bộ đột phá.

Vào tháng 2018 năm 417.3, Giáo sư Wang, Yitaiqian và nhiều trường Đại học Khoa học và Công nghệ Trung Quốc (Đại học Khoa học và Công nghệ) phát hiện ra rằng hiệu suất động của vị trí trung tâm dải p của các electron hóa trị so với mức Fermi là một yếu tố quan trọng trong li -S pin Giao diện phản ứng truyền electron. Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng vật liệu mang lưu huỳnh dựa trên coban có phân cực dương nhỏ nhất và hiệu suất tốc độ tốt nhất có công suất 1 Mahg-40.0 ngay cả ở 137.3 ° C, tương ứng với mật độ công suất cao nhất hiện nay là 1 kwkg-XNUMX. Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên “Joule”, một tạp chí quốc tế về vật liệu năng lượng xuất sắc.

Pin lithium-lưu huỳnh là một hệ thống pin dương pin lithium bằng kim loại với lưu huỳnh là điện cực dương. Để giải quyết vấn đề an toàn của các đuôi gai Li được tạo ra trong điện cực dương kim loại tại Đại học Giao thông Thượng Hải, nhóm của Wang đã chuẩn bị một loại dung dịch điện phân pin lithium mới (sử dụng Lithium fluorosulfonimide kép được hòa tan trong triethyl phosphate và fluoroether điểm chớp cháy cao để thu được chất điện phân bão hòa) . So với chất điện phân nồng độ cao, chất điện phân mới có chi phí thấp và độ nhớt thấp, tăng cường bảo vệ điện cực kim loại Li, có thể loại bỏ hiệu quả các mảnh vụn của điện cực Li và loại bỏ các nguy cơ an toàn tiềm ẩn. Đồng thời, độ an toàn và hiệu suất điện hóa được cải thiện trong điều kiện nhiệt độ cao trên 60 ° C.

Ngoài nghiên cứu khoa học, các công ty sản xuất pin cũng sử dụng pin lithium-lưu huỳnh như một trong những nguồn dự trữ kỹ thuật của họ, tích cực yêu cầu đột phá công nghệ. Trong số các công ty niêm yết này, China Nuclear Titanium Dioxide, Tibet Urban Investment, Jinlu Group, Guoxun High-tech, Dream Vision Technology và các công ty khác đã triển khai các dự án pin lithium-sulfur.

Mặc dù pin lithium-sulphur gặp một số vấn đề trong quá trình đạt được mật độ năng lượng lý tưởng, nhưng có những yêu cầu cao hơn về độ mỏng của một số ứng dụng pin, chẳng hạn như máy bay không người lái (UAV), tàu ngầm và túi đựng quân nhân. Đối với nguồn cung cấp năng lượng cho các mục đích khác, do trọng lượng quan trọng hơn giá cả hay tuổi thọ nên pin lithium-sulfur đã bắt đầu được đưa vào sử dụng thực tế. Loại pin lithium-sulphur mới do công ty khởi nghiệp Oxis Energy của Anh phát triển có thể lưu trữ gần gấp đôi năng lượng cho mỗi kg pin lithium hiện đang được sử dụng trong xe điện. Tuy nhiên, chúng không thể tồn tại lâu và sẽ hỏng sau khoảng 100 chu kỳ sạc-xả. Mục tiêu của nhà máy thí điểm nhỏ của Oxis là sản xuất 10,000 đến 20,000 pin mỗi năm. Người ta nói rằng pin được đóng gói trong một chiếc túi mỏng có kích thước bằng một chiếc điện thoại di động. Tại sao chúng ta cần thúc đẩy tái tạo và tái chế pin lithium điện càng sớm càng tốt? Mặc dù tài nguyên liti của đất nước tôi đứng thứ tư trên thế giới, do quặng liti kém, khó tinh chế và giá thành cao nên hàng năm phải nhập khẩu một lượng lớn quặng liti và mức độ phụ thuộc nước ngoài vượt quá 85%. . Ngoài ra, nhu cầu của Trung Quốc cũng khiến giá pin lithium cacbonat tăng vọt. Trong những năm gần đây, giá đã tăng gần ba lần, điều này đã làm tăng đáng kể chi phí mua sắm của các nhà sản xuất pin lithium Trung Quốc. Một mặt, việc loại bỏ pin lithium năng lượng là một “mỏ đô thị” quý ​​giá. Hàm lượng kim loại cao hơn nhiều so với quặng, liti, coban, niken và các kim loại quý khác. Tái chế và tái chế có thể nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên, giảm nhập khẩu, giảm phụ thuộc vào bên ngoài và bảo vệ an ninh của chiến lược tài nguyên quốc gia. Zhang Tianren cho rằng, ở góc độ phòng chống ô nhiễm và bảo vệ môi trường, nếu pin lithium thải bỏ không được xử lý đúng cách cũng sẽ gây tác hại lớn đến môi trường sinh thái.

Để thúc đẩy tốt hơn việc thu hồi và tái sử dụng pin lithium cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới, bảo vệ môi trường sinh thái và đảm bảo an toàn cho các nguồn tài nguyên chiến lược quốc gia, cần có ba vấn đề quan trọng: hệ thống tái chế không hoàn hảo, công nghệ tái sinh chưa hoàn thiện và yếu cơ chế khuyến khích. Một số khía cạnh đã đưa ra các đề xuất nhằm thúc đẩy sự phát triển lành mạnh và bền vững của ngành công nghiệp ô tô năng lượng mới của đất nước tôi.

Đẩy nhanh việc xây dựng các tiêu chuẩn và thống nhất các tiêu chuẩn quản lý là cơ sở để thực hiện các công việc liên quan. Ông đề nghị các sở liên quan đẩy nhanh việc xây dựng các tiêu chuẩn quản lý, tiêu chuẩn kỹ thuật và tiêu chuẩn đánh giá đối với việc tái chế và tái sử dụng pin đã qua sử dụng. Khuyến khích các khu vực có lợi thế về công nghiệp xây dựng kế hoạch giám sát, thu hồi và tái chế pin năng lượng mới và các biện pháp thực hiện, đồng thời thông qua các thí điểm sơ bộ, khám phá các biện pháp thực hiện quốc gia phù hợp hơn với thực tế ngành và có khả năng vận hành cao hơn.